印度与阿拉伯数学

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k ●给出了一般性的组合数 C n 公式 ●给出椭圆周长近似公式:
C = 24b 2 + 16a 2 .
(四)婆什迦罗
婆什迦罗是印度古代和中世纪最伟大的数学家和天文学家, 长期在乌贾因负责天文台工作.他有两本代表印度古代数学最 高水平的著作《莉拉沃蒂》(Līlāvatī)和《算法本源》,天文著 作有《天球》和《天文系统之冠》. 《莉拉沃蒂》共有13章:第1章给出算学中的名词术语;第 2章是关于整数、分数的运算,包括加、减、乘、除、平方、开 平方、立方、开立方等;第3章论各种计算法则和技巧;第4章 关于利率等方面的应用题;第5 章数列计算问题,主要是等差数 列和等比数列;第6章关于平面图形的度量计算;第7至10章关 于立体几何的度量计算;第11章为测量问题;第12章是代数问 题,包括不定方程;第13章是一些组合问题. ●能够熟地使用诸如和差与半角等三角公式 ●能够认识并广泛使用无理数
4.1.1古代《绳法经》
印度数学最早有可考文字记录的是吠陀时代,其数学材料混 杂在婆罗门教的经典《吠陀》当中,年代很不确定.吠陀即梵文 veda,原意为知识、光明。《吠陀》内容包括对诸神的颂歌、巫 术的咒语和祭祀的法规等,这些材料最初由祭司们口头传诵,后 来记录在棕榈叶或树皮上. 这些《吠陀》中关于庙宇、祭坛的设计与测量的部分《测绳 的法规》(Sulva sūtrus),即《绳法经》,大约为公元前8世纪至公 元前2世纪的作品.其中有一些几何内容和建筑中的代数计算问 题.如勾股定理、矩形对角线的性质等。给出了圆周率、根号2 的近似值。 耆那教的经典由宗教原理、数学原理、算术和天文等几部分 构成。其中出现了许多计算公式,如圆的周长、弧长等。
型方程;
型方程; ax ▲第3章讨论“根等于数”的方程,即一次方程 = b ; ▲第4、5、6章是关于三项二次方程求解问题,分别讨论三 种类型的二次方程: x 2 + px = q, x 2 + q = px, x 2 = px + q 都给出了相应的求根公式.
花拉子米还指出,任何二次方程都可以通过“还原”与 “对消”(即移项与合并同类项)的步骤化成他所讨论的六种类 型方程.由此可见,《代数学》关于方程的讨论已超越传统的 算术方式,具有明显的代数特征 。 花拉子米的另一本书《印度计算法》(Algoritmi de numero indorum)也是数学史上十分有价值的数学著作,其中系统介绍 了印度数码和十进制记数法,以及相应的计算方法. 正是花拉子米的这本书使它们在阿拉伯世界流行起来, 更值得称道的是,它后来被译成拉丁文在欧洲传播,所以欧 洲一直称这种数码为阿拉伯数码. 该书书名全译应为“花拉子米的印度计算法”,其中 Algoritmi是花拉子米的拉丁译名,现代术语“算法”(Algorithm) 即源于此.
3 2 2 方程 x + c x = c d 的解就是抛物线 2 圆 y = x ( d x ) 交点横坐标x.
x 2 = cy 与半
他首先画出正焦弦为c的抛物线,再画出直径为d的半圆
过它们的交点作垂线PS,则QS长度就是方程的解.这一创造, 使代数与几何的联系更加密切.
4.2.2阿拉伯的三角学与几何学
[ p = (a + b + c + d ] / 2]
实际上这一公式只 适用于圆内接四边形,婆罗摩笈多未意 识到这一点,后来马哈维拉,由这一公式出发将三角形视为有 一边为零的四边形,得到了海伦公式。
(三)马哈维拉
7世纪以后,印度数学出现了沉寂,到9世纪才又呈现出繁 荣.如果说7世纪以前印度的数学成就总是与天文学交织在一起, 那么9世纪以后发生了改变. 耆那教徒马哈维拉的《计算方法纲要》(The Ganita-SāraSangraha)可以说是一部系统的数学专著,全书有9个部分:(1) 算术术语,(2)算术运算,(3)分数运算,(4)各种计算问题,(5) 三率法(即比例)问题,(6)混合运算,(7)面积计算,(8)土方工程 计算,(9)测影计算.
(一)阿耶波多
阿耶波多是现今所知有确切生年的最早的印度数学家,他 只有一本天文数学著作《阿耶波多历数书》(499)传世.该书最 突出的地方在于对希腊三角学的改进和一次不定方程的解法。 阿耶波多把半弦与全弦所对弧的一半相对应(见图),成为 1 今天的习惯,同时他以半径的 3438 作为度量弧的单位,实际是 弧度制度量的开始.他还给出了第一象限内间隔为345’的正弦 差值表. 阿耶波多最大贡献是建立了丢 番图方程求解的所谓“库塔 卡”(kuttaka,原意“粉碎”)方法, 采用辗转相除法的演算程序,接近 于连分数算法.
(二)婆罗摩笈多
婆罗摩笈多的两部天文著作《婆罗摩修正体系》(628)和 《肯德卡迪亚格》(约665),都含有大量的数学内容,其代数成 就十分可贵. ●比较完整地叙述了零的运算法则 ●利用二次插值法构造了间隔为15°的正弦函数表 ●获得了边长为 a, b, c, d 的四边形的面积公式(有误):
S = ( p a)( Байду номын сангаас b)( p c)( p d )
由于数理天文学的需要,阿拉伯人继承并推进了希腊的三 角术,其学术主要来源于印度的《苏利耶历数全书》等天文历 表,以及希腊托勒玫的《大汇编》、梅尼劳斯的《球面论》 (Sphaerica)等古典著作.
对希腊三角学加以系统化的工作是由9世纪天文学家阿 尔巴塔尼(al-Batta ni,858?--929)作出的,而且他也是中世纪对 欧洲影响最大的天文学家.其《天文论著》(又名《星的科学》) 被普拉托译成拉丁文后,在欧洲广为流传,哥白尼、第谷、开 普勒、伽利略等人都利用和参考了它的成果.
《代数学》约1140年被英国人罗伯特(Robert of Chester)译成拉 丁文,作为标准的数学课本在欧洲使用了数百年,引导了16世纪 意大利代数方程求解方面的突破. 《代数学》分六章叙述6种类型的一、二次方程求解问题.
ax 2 ▲第1章讨论“平方等于根”的方程,即 = bx ax 2 ▲第2章讨论“平方等于数”的方程,即 = b
4.2.1 阿拉伯的代数 (一)花拉子米(代数学)
阿拉伯数学的突出成就首先表现在代数学方面.花拉子米 (Mohammed ibn Mūsā-Khowarizmi,约783--850)是中世纪对欧洲数 学影响最大的阿拉伯数学家,他的《还原与对消计算概要》(约820 年前后)一书在12世纪被译成拉丁文,在欧洲产生巨大影响.阿拉 伯语“al-jabr”,意为还原移项;“wa’l-muqabala”即对消之意.传 入欧洲后,到14世纪“al-jabr”演变为拉丁语“algebra”,也就成了 今天的英文“algebra”(代数),因此花拉子米的上述著作通常就称为 《代数学》. 书中用代数方式处理了线性方程组与二次方程,第一次给出了 一元二次方程的一般代数解法及几何证明,同时又引进了移项、同 类项合并等代数运算等等,这一切为作为“解方程的科学”的代数 学开拓了道路.
艾布瓦法和比鲁尼等人进一步丰富了三角学公式.艾布 瓦法曾在巴格达天文台工作,其重要的天文学著作《天文学大 全》继承并发展了托勒玫的《大汇编》。其中除一些精细的三 角函数表外,还证明了与两角和、差、倍角和半角的正弦公式 等价的关于弦的一些定理,证明了平面和球面三角形的正弦定 理. 比鲁尼曾经得到马蒙(Ma'mun)哈里发的支持,在乌尔根奇建 造天文台并从事天文观测,是一位有146多部著作的多产学者, 其《马苏德规律》一书,在三角学方面有一些创造性的工作.他 给出一种测量地球半径的方法。
在该书中阿尔巴塔尼创立了系统的三角学术语,如正弦、 余弦、正切、余切.他称正弦为ji va,拉丁语译作sinus,后来 演变为英语sine;称正切为umbraversa,意即反阴影;余切为 umbrarecta,意即直阴影.后来演变拉丁语分别为tangent和 cotangent,首见于丹麦数学家芬克(1561—1656)的《圆的几何》 (1583)一书中. 而正割、余割是阿拉伯另一天文学家艾布瓦法(Abu'lWafa,940—997?)最先引入的.
4.2 阿拉伯数学
“阿拉伯数学”并非单指阿拉伯国家的数学,而是指8—15世 纪阿拉伯帝国统治下整个中亚和西亚地区的数学,包括希腊人、 波斯人和基督徒等所写的阿拉伯文数学著作. 在世界文明史上,阿拉伯人在保存和传播希腊、印度甚至中国 的文化,最终为近代欧洲的文艺复兴准备学术前提方面作出了巨 大贡献. 他们掀起了著名的翻译运动:在曼苏尔哈里发时期,婆罗摩 笈多等印度天算家的著作在766年左右已传入巴格达,并译成阿 拉伯文;8世纪末到9世纪初的兰希哈里发时期,包括《几何原本》 和《大汇编》在内的希腊天文数学经典先后被译成阿拉伯文;9 世纪最著名翻译家伊本科拉(Tabit ibn Qorra,836—901)翻译 了欧几里得、阿波罗尼奥斯、阿基米德、托勒玫、狄奥多修斯等 人的著作;到10世纪丢番图、海伦等人著作也被译成阿拉伯文。
4.1.2“巴克沙利手稿”
关于公元前2世纪至公元后3世纪的印度数学;可参考资料也 很少,所幸于1881年在今巴基斯坦西北地区一座叫巴克沙利 (Bakhashali)的村庄,发现了这一时期的书写在桦树皮上的所谓 “巴克沙利手稿”. 其数学内容十分丰富,涉及到分数、平方根、数列、收支与 利润计算、比例算法、级数求和、代数方程等,其代数方程包括 一次方程、联立方程组、二次方程.特别值得注意的是手稿中使 用了一些数学符号 : (1)减号:“12-7”记成“12 7+”. (2)零号:用点表示0 ,后来逐渐演变为圆圈 。
(三)奥马海亚姆与三次方程
波斯人奥马海亚姆(Omar Khayyam,1048?—1131)是11世 纪最著名且最富成就的数学家、天文学家和诗人。 他在代数学方面的成就集中反映于他的《还原与对消问题 的论证》(简称《代数学》)一书中,其中有开平方、开立方算 法,但该书对代数学发展最杰出的贡献是用圆锥曲线解三次方 程. 奥马海亚姆首先将不高于三次的代数方程分为25类(系数 为正数),找到14类三次方程,对每类三次方程给出相应一种几 何解法。 例如解 x 3 + ax = b ,首先将其化为 x 3 + c 2 x = c 2 d (这 2 2 a, 里 c = a, c d = b , 按照希腊人的数学传统, b 是线段, 2 正 c 方形, 2 d 为长方体)。 c
印度数码在公元8世纪传入阿拉伯国家,后又通过阿拉伯人 传至 欧洲.零号的传播则要晚,不过至迟在13世纪初,斐波那契 《算经》中已有包括零号在内的完整印度数码的介绍.印度数码 和十进位值制记数法被欧洲人普遍接受之后,在欧洲近代科学的 进步中扮演了重要的角色.
4.1.3 “悉檀多时期的印度数学”
悉檀多(梵文siddhanta,原为佛教因明术语,可意译为 “宗”,或“体 系”)时代是印度数学的繁荣鼎盛时期,其数 学内容主要是算术与代数,出现了一些著名的数学家,如阿利 耶波多(AryabhataⅠ,476一约550)、婆罗摩笈多(Brahmagupta, 598—665) 、 马 哈 维 拉 (Mahavira , 9 世 纪 ) 和 婆 什 迦 罗 (BhaskaraⅡ,1114一约1185)等.
巴克沙利手稿中出现了完整的十进制数码 :
有一块公元76年的石碑,因存于印度中央邦西北地区的瓜 廖尔(GwMior)城而以瓜廖尔石碑著称,上面已记有明白无疑的 数“0”.瓜廖尔数系为:
用圆圈符号“0”表示零,可以说是印度数学的一大发 明.在数学上,“0”的意义是多方面的,它既表示“无”的概 念,又表示位值记数中的空位,而且是数域中的一个基本元素, 可以与其他数一起运算.
代数学
印度与阿拉伯数学
印度与阿拉伯数学
4.1 印度数学
1921—1922年间.印度河流域莫亨佐达罗、哈拉帕等古代城 市遗址的考古挖掘,揭示了一个悠久的文明,史称“哈拉帕文化” 或“印度河流域文化”.这一文明的创造者是印度土著居民达罗 毗荼人,其历史可以追溯到公元前3000年左右. 如果说希腊数学与其哲学密切相关,那么古代印度数学则更 多地受到其宗教的影响.雅利安人建立的婆罗门教(公元4世纪后 改革为印度教),以及稍后(公元前6世纪)兴起的佛教、耆那教等, 形成了古代印度数学发展的浓厚的宗教氛围. 印度数学的发展可以划分为3个重要时期,首先是雅利安人 入侵以前的达罗毗荼人时期(约公元前3000一前1400),史称河谷 文化;随后是吠陀时期(约公元前10世纪一前3世纪);其次是悉 檀多时期(5世纪一12世纪).
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